基于涡旋的介质密度计算

时间:2019-05-13 17:38:03 来源:奕铭新闻网 作者:匿名



1简介

涡街流量传感器是一种在过去30年中迅速发展的流量计。与传统的孔板流量计相比,它具有一系列独特的优点。在使用过程中,涡街传感器精度高,结构简单,无活动部件,重复性好,压力损失小,输出频率信号和流量均呈线性。相同的涡流传感器用于测量不同的介质。仪表常数不变,因此受到越来越多的关注。涡流传感器输出频率信号与被测介质的流量成比例,即与流体的体积流量成比例,因此它主要用于测量体积流量。然而,实际需求主要是计量流体的质量流量。目前流行的方法是测量流体的体积流量及其密度,然后将两者相乘以间接测量质量流量。涡流传感器可以实现体积流量测量,密度测量更加复杂。流行的方法是通过压力变送器和温度传感器(或温度变送器)测量介质压力和温度,然后通过二次仪器(或计算机通过软件计算介质的密度并计算质量流量。这种方法有一定的限制。只有被测介质的密度和温度与压力的关系是已知的。例如,蒸汽可以适应蒸汽密度和温度,压力公式,或根据国家标准在不同的范围内检查。表的方法然而,有时介质密度与温度和压力之间的关系是不确定的。例如,如果混合的多相流混合并且各种组分的组成比随时变化,则适当的公式和无法找到表格。

作者对涡旋传感器进行了大量实验。在此基础上,提出了一种利用涡旋力直接计算密度的新方法。

2涡流力密度补偿原理

2.1传感器结构

传感器结构如图1所示。涡流传感器采用“卡曼涡旋”原理制造,如图1所示。在一个封闭的圆形管中,一个涡流发生器(通常是一个圆柱体,一个三角形圆柱体或一个梯形圆柱体) )垂直于流体流动放置。当流体的流速达到一定值时,它将在涡流发生器的两个下游侧产生。两排交替的涡旋柱。当涡流具有稳定的显示并且同一列中相邻涡流之间的距离H/L与两列之间的距离H为0.981时,产生的涡流是稳定的。这种稳定而规则的涡旋被列为“Kaman Vortex Street”。2.2理论推导

根据“卡门涡街”的原理,单行涡的频率f与被测流体的流速v之间的关系如下::

另外,根据流体力学原理,卡曼涡旋作用在传感器探头上的力和介质的平均流速v,介质密度ρ与受力区域A之间的关系为:。

由于流体质量流量Qm是体积流量Qv乘以密度:

也就是说,质量流量与压电晶体信号的幅度成比例,并且与涡街的频率成反比,并且λ被定义为质量流量的仪表系数是恒定的。

2.3实验数据验证

根据上述原理,选择直径为50mm的涡街原型。传感器探头采用垂直结构,信号大,可相当于交流电压源。在罗茨鼓风机作为空气源的情况下,在气流校准装置上进行测试。通过数字示波器测量原始涡旋压电晶体信号的电压幅度Vm,并通过频谱分析信号以测量涡流频率f,如图2所示。如图所示,气体的压力值P为同时记录,实验期间的温度为21℃。

根据气体方程,相同气体的两种状态满足下式:

在标准条件下,: T0=293,P0=0.101325MPa,气体体积为V0。

工作时,: T1=237 t,P1=P 0.101325MPa,音量为V1。

代替上述公式,得到压缩比,当乘以标准条件,即工作气体的密度(压力为P(表压),温度为t)时,密度为1.2041kg/m3。

记录的实验数据和计算结果列于表1.工作条件气体的体积流量Lv和涡流频率f是线性的,并且通过涡旋公式计算。此外,将工作气体的密度和操作体积流量相乘以获得理论质量流量Lm。根据公式(7),根据涡流信号的幅度和涡街的频率(其中λ为5080,由校准设备的标准表测量,并通过操作计算)计算质量流率。 ,这是涡旋信号的幅度。补偿所获得的质量流量。通过比较Lm和Lmt来计算绝对误差和相对误差。从表1可以看出,通过涡流信号幅度补偿气体密度得到的质量流量与理论值基本相同,但某些点的误差相对较大。原因是什么?因此,我们有以下测试程序分析:由涡旋信号测量的涡流频率是准确的,误差很小。当测量涡旋信号的幅度时,涡流的大小会发生变化,幅度也会变大。测量误差非常大,如图3所示。这是示波器显示的压电晶体信号。此时,读取的数据错误相对较大。

从图1右侧的频谱图中可以看出,除了涡旋信号的谱线外,还有高频干扰线,这些干线被发现是高频波动的原因之一。介质的流速。

3信号处理电路

压电晶体将涡流信号转换成电荷(也可以等于电压)信号,并且首先通过第一级电荷放大电路将电荷信号变为电压信号,如图4所示。电荷放大电路的输出分为两种方式,一种是放大信号,一种是输出到DSP的A/D输入,DSP对该信号进行FFT转换;另一电路执行具有自动增益控制的放大电路,该放大电路将交替放大涡旋信号,然后通过滤波电路对高频干扰信号进行滤波,最后得到涡旋信号的方波信号,并且频率f由CPU测量。根据涡街的频率值计算与FFT变换结果对应的谱幅度。该值与涡旋力线性相关。根据公式(4)计算流体的质量流量,并执行累积,输出和显示。 。

在信号处理之后,重复上述实验,并且在处理数据之后获得相对误差E'(%)。参见表1的最后一列,可以看出E'小于E.

4。结论

理论推理和实验数据都表明涡流信号包含有关流体流速和流体密度的信息。因此,可以通过测量涡流信号来测量流体的质量流量。然而,作者在实验过程中也发现了一些问题。:首先,传感器探头是分散的,有些信号很大,有些信号很小。这是因为封装的传感探针都是人工处理的,晶片定位,绝缘材料填充和胶水固定的误差都比较大。为了减少传感探头的分散,作者和制造商正在研究封装探头的工艺标准化和机械化,最大限度地减少人为错误,并用先进的方法测试产品,以实现产品性能的高度一致性。在压电晶体长时间使用后,信号将衰减。因此,制造商专门设置了老化设备,以确保产品老化后老化,信号衰减在允许范围内。另外,由于实验条件的限制,压力变化范围很小。

摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]涡街,涡流传感器,奥克官方网站,北京世纪奥克

>

下一页:流量计的流量监控

人人网


  
奕铭新闻网版权与免责声明:

凡本网注明“来源:奕铭新闻网”的所有文字、图片和视频,版权均属奕铭新闻网所有,任何媒体、网站或个人未经本网协议授权不得转载、链接、转贴或以其他方式复制发表。

已经被本网协议授权的媒体、网站,在下载使用时必须注明“来源:奕铭新闻网”,违者本网将依法追究责任。